草蓯蓉多糖對脂多糖誘導的小鼠J774A.1巨噬細胞炎癥反應的抑制作用

張天，王園園，張釗，葛乃嘉，尹學哲，鄭喜*，全吉淑*

1(延邊大學 醫學院，吉林 延吉，133002)2(延邊大學附屬醫院，吉林 延吉，133000)

草蓯蓉屬于寄生植物，寄生于樺本科上，生長條件極為苛刻，喜歡在陰濕的環境生長，在我國大興安嶺以及長白山等地區分布較多[1]。草蓯蓉全草可入藥，因其有抗衰老作用又稱“不老草”，近些年來，越來越多的國內外學者開始重視草蓯蓉有效成分及其藥理作用研究[2]。其中草蓯蓉多糖(Boschnikiarossicapolysaccharides，BRPS)是草蓯蓉至關重要的活性成分[3]，具有保護肝臟、抗氧化應激以及抗炎等作用[4-7]。

炎癥是人體的正常免疫反應，屬于正常防御反應之一，在通常情況下是對機體有益的；炎癥又是疾病進展的重要因素之一，如不加以阻止就會引起自身免疫性疾病、癌癥、心血管疾病及糖尿病等多種疾病，將嚴重威脅人類生命健康及安全[8-9]。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，目前是誘導機體產生炎癥最常見的、危害最為嚴重的致炎因子[8-9]。因此，在本研究中利用LPS刺激小鼠J774A.1細胞建立巨噬細胞炎癥模型，探討草蓯蓉多糖對巨噬細胞炎癥反應的抑制作用及其機制，皆為在其抗炎方面的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 細胞株與材料

草蓯蓉，中國長白山，常規方法提取含量為86.5% 的草蓯蓉多糖[3, 10]；小鼠J774A.1巨噬細胞，美國ATCC公司。

1.2 主要試劑

LPS，美國Sigma公司；環氧合酶-2(COX-2)抗體、Toll樣受體4(TLR4)抗體、白介素-1受體相關激酶4(IRAK4)抗體、髓樣分化因子88(MyD88)抗體、核轉錄因子-κB(NF-κB)抗體以及Lamin B1抗體，美國CST公司；β-action抗體，ABclonal公司；羊抗兔二抗、羊抗鼠二抗，中國納川生物有限公司；IL-6、IL-1β、TNF-α酶聯免疫吸附分析試劑盒，中國上海研瑾有限責任公司；核蛋白提取試劑盒，索萊寶有限公司；細胞增殖毒性試劑盒，中國北京莊盟科技公司。

1.3 主要儀器

RT-2100型酶標儀，美國Bio-Tek公司；UVP全自動凝膠成像儀，美國UVP公司；DYCZ-24DN電泳儀，北京市六一生物科技有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 細胞培養

將小鼠J774A.1巨噬細胞放置于含有10%(體積分數)胎牛血清的高糖DMEM培養液中，37 ℃、5% CO2條件下培養。

1.4.2 LPS誘導J774A.1巨噬細胞建立炎癥模型

取對數生長期J774A.1細胞，以密度為5×104個/mL接種于96孔板中，待細胞貼壁后，換成含有0、100、200、500、1 000、2 000 μg/L LPS的培養液。每組設6個復孔。LPS作用24 h后，每孔加入10 μL CCK-8試劑，置于培養箱中作用2 h，用酶標儀測定492 nm處的吸光度值，計算細胞存活率，如公式(1)所示。收集細胞培養液，參照ELISA試劑盒說明書步驟，檢測培養液中TNF-α、IL-6含量。

(1)

1.4.3 BRPS對J774A.1細胞的毒性作用

取對數生長期J774A.1細胞，以密度為5×104個/mL接種于96孔板中，待細胞貼壁后，換成含有0、12.5、25、50、100、200 mg/L BRPS的培養液。每組設6個復孔。BRPS作用24 h后，每孔加入10 μL CCK-8試劑，置于培養箱中作用2 h，測定492 nm處的吸光度值，并計算細胞存活率。

1.4.4 細胞分組及處理

J774A.1細胞隨機分為正常組、模型組、BRPS低、中、高劑量組(又稱BRPS25組、BRPS50組和BRPS100組，BRPS質量濃度分別為25、50和100 mg/L)[11]。正常組與模型組加入無血清DMEM培養液，培養24 h；BRPS組加入相應濃度BRPS的DMEM培養液，作用24 h。隨后，除正常組換新的無血清培養液作用1 h 外，模型組與BRPS組均加入100 μg/L LPS，作用1 h。

1.4.5 BRPS對LPS誘導J774A.1細胞IL-6、TNF-α和IL-1β分泌的影響

收集各組細胞培養液上清，按照ELISA試劑盒說明書步驟，檢測小鼠J774A.1細胞IL-6、TNF-α和IL-1β等炎癥因子的分泌情況。

1.4.6 BRPS對LPS誘導J774A.1細胞炎癥相關蛋白表達的影響

細胞分組以及處理同方法1.4.4，收集各組細胞，冰上裂解30 min，4 ℃、12 000 r/min離心20 min，小心吸取上清液收集細胞全蛋白。利用核蛋白提取試劑盒提取細胞核蛋白。進行SDS-PAGE電泳，隨后轉膜到PVDF膜上，5%(體積分數)的脫脂牛奶封閉1 h后，一抗4 ℃過夜，相應二抗25 ℃孵育2 h，ECL顯色，并用UVP全自動化學成像儀分析相對灰度比值。

1.5 統計學分析處理

2 結果與分析

2.1 LPS誘導J774A.1巨噬細胞的炎癥模型

如圖1所示，不同濃度的LPS刺激對J774A.1細胞存活率無顯著影響(P>0.05)，但可顯著提高J774A.1細胞培養液中IL-6和TNF-α的含量(P<0.05)，提示巨噬細胞炎癥模型成功。因此，本實驗中J774A.1細胞炎癥模型的構建均采用濃度為100 μg/L 的LPS處理J774A.1細胞1 h。

a-細胞存活率；b-IL-6；c-TNF-α圖1 LPS誘導的J774A.1巨噬細胞炎癥模型的構建Fig.1 Construction of LPS-induced J774A.1 macrophage inflammation model 注：與正常組比較，*P<0.05

2.2 BRPS對J774A.1細胞的毒性作用

如圖2所示，BRPS濃度為0～100 mg/L時，J774A.1細胞存活率均在90%以上。因此，BRPS濃度小于100 mg/L時對J774A.1細胞沒有毒性作用。在后續實驗中，將25、50和100 mg/L分別選定為BRPS低、中、高劑量組的藥物處理濃度。

圖2 BRPS對J774A.1細胞的毒性作用Fig.2 Effect of BRPS on the viability of J774A.1 cells

2.3 BRPS對LPS誘導J774A.1細胞TNF-α、IL-6、IL-1β分泌的影響

如表1所示，與正常組比較，模型組細胞培養液中的TNF-α、IL-6和IL-1β水平顯著增高(P<0.05)；與模型組比較，BRPS組TNF-α、IL-6和IL-1β含量顯著降低(P<0.05)，說明BRPS對巨噬細胞炎癥反應具有抑制作用。

表1 BRPS對LPS誘導J774A.1細胞炎癥因子分泌的影響Table 1 Effects of BRPS on LPS-induced secretion of inflammatory factors in J774A.1 cells

2.4 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞COX-2蛋白表達水平的影響

如圖3所示，與正常組比較，模型組COX-2蛋白表達水平顯著升高(P<0.05)，與模型組比較，BRPS中、高劑量組COX-2蛋白表達水平顯著降低(P<0.05)。

圖3 BRPS對J774A.1細胞COX-2蛋白表達的影響Fig.3 Effect of BRPS on protein expression of COX-2 in J774A.1 cells 注：與正常組比較，*P<0.05；與模型組比較，#P<0.05(下同)

2.5 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞TLR4蛋白表達水平的影響

如圖4所示，與正常組比較，模型組TLR4蛋白表達水平顯著增高(P<0.05)。與模型組比較，BRPS中、高劑量組的TLR4蛋白表達水平顯著降低(P<0.05)。

圖4 BRPS對J774A.1細胞TLR4蛋白表達的影響Fig.4 Effect of BRPS on expression of TLR4 protein in J774A.1 cells

2.6 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞MyD88蛋白表達水平的影響

如圖5所示，與正常組比較，模型組MyD88蛋白表達水平顯著升高(P<0.05)，與模型組比較，BRPS組MyD88蛋白表達水平顯著降低(P<0.05)。

圖5 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞MyD88蛋白 表達的影響Fig.5 Effect of BRPS on protein expression of MyD88 in LPS-stimulated J774A.1 cells

2.7 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞IRAK4蛋白表達水平的影響

如圖6所示，與正常組比較，模型組IRAK4蛋白表達水平顯著升高(P<0.05)，與模型組比較，BRPS組IRAK4蛋白水平降低(P<0.05)。

圖6 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞IRAK4 蛋白表達的影響Fig.6 Effect of BRPS on protein expression of IRAK4 in LPS-stimulated J774A.1 cells

2.8 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞核的NF-κB蛋白表達水平的影響

如圖7所示，與正常比較，模型組細胞核中的NF-κB蛋白表達水平顯著升高(P<0.05),與模型組比較，BRPS中、高劑量組的細胞核NF-κB蛋白水平明顯降低(P<0.05)。

圖7 BRPS對LPS誘導的J774A.1細胞核NF-κB 蛋白表達的影響Fig.7 Effect of BRPS on protein expression of nuclear NF-κB in LPS-stimulated J774A.1 cells

3 討論

炎癥反應屬于人體正常防御反應，在機體受到損傷時起到保護性作用，巨噬細胞恢復正常表型通常是成功解決或修復組織損傷的表現之一[12-13]。LPS是革蘭氏陰性菌外膜的主要成分，可作為毒性因子起作用，因此常被用于炎癥模型的研究[14-17]。巨噬細胞作為促炎因子的主要來源，在炎癥疾病中起著至關重要的作用。本實驗以LPS為誘導劑，小鼠J774A.1巨噬細胞作為研究對象，建立J774A.1巨噬細胞炎癥模型，研究BRPS對小鼠J774A.1細胞炎癥反應的抑制作用及其機制。

LPS刺激巨噬細胞后產生和分泌大量炎癥因子，其中IL-1、TNF-α和IL-6在炎癥反應中發揮著重要作用。IL-1是對各種炎癥和感染性刺激反應所產生的炎癥因子，可分為IL-1α和IL-1β 2種，其中IL-1β是啟動和維持局部及全身炎癥反應的一種重要炎癥因子，主要通過IL-6和C反應蛋白發揮作用[18-19]。當炎癥發生時，IL-6迅速被刺激和表達，這有助于防御機體感染；而C反應蛋白作為炎癥生物標志物，其合成主要受IL-6控制[20]。TNF-α是機體內主要的炎癥細胞因子之一，被認為是炎癥反應的關鍵參與者[21]。本實驗中，用100 μg/L LPS處理J774A.1細胞1 h，可顯著增高細胞培養液中TNF-α、IL-6水平，提示J774A.1細胞炎癥模型已成功構建；而BRPS組IL-1β、IL-6和TNF-α水平較模型組顯著降低，表明BRPS對巨噬細胞炎癥反應具有抑制作用。

TLR4蛋白位于細胞膜上，主要表達在免疫細胞，如巨噬細胞、單核細胞等，當LPS與TLR4結合后，通過MyD88募集IRAK1/4，隨后觸發信號傳導級聯反應，導致NF-κB發生活化，調控其他炎癥因子如IL-6和TNF-α的合成，誘導COX-2蛋白；而COX-2是前列腺素生物合成的關鍵酶，可通過多種促炎因子被誘導[15, 22-26]。課題組前期研究顯示，小鼠炎性肝損傷模型中BRPS可通過TLR4/NF-κB信號通路對肝細胞炎癥反應起到抑制作用，從而起到肝保護作用[27]。本實驗結果顯示，與正常組比較，模型組小鼠J774A.1細胞COX-2、TLR4、IRAK4、MyD88及細胞核NF-κB蛋白表達水平升高；與模型組比較，BRPS組COX-2、TLR4、IRAK4、MyD88以及細胞核NF-κB蛋白水平顯著降低,提示BRPS的抗炎作用可能與其抑制TLR4/NF-κB信號通路有關,這與前人的實驗結果相一致[27]。TLR4信號通路還可通過TAK1蛋白，激活與炎癥反應相關的MAPK通路，其中JNK和p38通路與炎癥關系最為密切[28-29]。因此，研究BRPS如何通過MAPK通路調節小鼠J774A.1細胞炎癥反應將是本課題組下一步的研究方向之一。

綜上所述，BRPS能夠有效抑制LPS誘導的J774A.1細胞炎癥反應，其抗炎作用可能與其抑制TLR4/NF-κB信號通路有關。BRPS具有較強的抗炎作用，且水溶性好、無毒副作用，這些優點有利于對草蓯蓉多糖的開發和利用。